JP2008010676A - Organic thin film transistor - Google Patents

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誠 水上
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an organic thin film transistor capable of achieving a field effect mobility as high as that in a conventional Au source electrode by using an inexpensive material without using an expensive material such as Au for the source electrode or the drain electrode. <P>SOLUTION: This organic thin film transistor comprises a gate electrode 24 of an electrically conductive substrate 22, a gate insulating film 26 formed on one surface side of the substrate, the source electrode 24 and the drain electrode 30 formed on the gate insulating film so that they are mutually spaced apart, and an organic semiconductor layer 32 connected to the source electrode and the drain electrode. The neighboring region of the source electrode including the surface thereof consists of nickel oxide 30A, and the interior of the source electrode consists of nickel metal. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、絶縁性基板上にゲート電極、有機半導体膜、ソース電極、ドレイン電極等が形成されている有機薄膜トランジスタに関するものである。   The present invention relates to an organic thin film transistor in which a gate electrode, an organic semiconductor film, a source electrode, a drain electrode and the like are formed on an insulating substrate.

従来、電界効果トランジスタとしては、シリコン単結晶基板(ウエハ)やガラス基板上に形成したアモルファスシリコン、ポリシリコンなどの無機材料を用いたものが多く作製されている。しかし、シリコン単結晶基板を用いたものは、その製造装置による制約からウエハサイズを大きくすることが困難であり、大面積化には不向きである。またアモルファスシリコンやポリシリコンよりなる薄膜を形成するには、350℃以上の加熱処理工程が必要であるため耐熱性を有する基板が必要となり、この基板材料として通常は耐熱性ガラス基板を用いなければならない。   Conventionally, many field effect transistors are manufactured using an inorganic material such as amorphous silicon or polysilicon formed on a silicon single crystal substrate (wafer) or a glass substrate. However, it is difficult to increase the wafer size in the case of using a silicon single crystal substrate because of restrictions on the manufacturing apparatus, and is not suitable for increasing the area. Further, in order to form a thin film made of amorphous silicon or polysilicon, a heat treatment step of 350 ° C. or higher is required, so a heat-resistant substrate is required. Usually, a heat-resistant glass substrate is not used as the substrate material. Don't be.

また、これらの無機半導体用の絶縁層および半導体層を作製するためには、高価なプラズマ化学気相成長(CVD)装置やレーザアニール装置等を用いなければならず、製造コストが高くなってしまっている。以上のように無機半導体を用いた電界効果型のトランジスタは製造上の制約から低コスト化は難しくなっている。   In addition, in order to manufacture these insulating layers and semiconductor layers for inorganic semiconductors, expensive plasma chemical vapor deposition (CVD) apparatuses, laser annealing apparatuses, etc. must be used, which increases the manufacturing cost. ing. As described above, it is difficult to reduce the cost of a field effect transistor using an inorganic semiconductor due to manufacturing restrictions.

これに対して、最近、有機半導体層を用いた電界効果型の有機薄膜トランジスタが提案されている(特許文献1及び非特許文献1)。この有機半導体層を利用した有機薄膜トランジスタは無機半導体を利用したものに比べ、低温成膜と大面積化が可能であり、製造が簡単なことから低コスト化も可能となる。ここで従来の一般的な有機薄膜トランジスタの構造について図4を参照して説明する。図4はボトムコンタクト型の従来の電界効果型の有機薄膜トランジスタを示す概略構成図である。図4に示すように、この有機薄膜トランジスタ2においては、絶縁性基板4上にゲート膜6が形成されており、このゲート膜6上には、これを覆うようにしてゲート絶縁膜8が形成される。   On the other hand, a field effect type organic thin film transistor using an organic semiconductor layer has been recently proposed (Patent Document 1 and Non-Patent Document 1). The organic thin film transistor using the organic semiconductor layer can be formed at a low temperature and have a large area as compared with an organic thin film transistor using an inorganic semiconductor, and can be reduced in cost because it is easy to manufacture. Here, the structure of a conventional general organic thin film transistor will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic diagram showing a conventional field effect type organic thin film transistor of the bottom contact type. As shown in FIG. 4, in this organic thin film transistor 2, a gate film 6 is formed on an insulating substrate 4, and a gate insulating film 8 is formed on the gate film 6 so as to cover it. The

そして、このゲート絶縁膜8上にソース電極10とドレイン電極12とが互いに離間させて形成されている。これらの電極10、12と接続する有機半導体層14が形成されて有機薄膜トランジスタ2が構成される。ここでは両電極10、12が有機半導体層14よりも絶縁性基板4側に位置するボトムコンタクト型のトランジスタを示したが、有機半導体層14がこの両電極10、12よりも絶縁性基板4側に位置するトップコンタクト型のトランジスタも知られている。上記有機半導体層14は低分子材料のペンタセンを用いる場合が多く、このペンタセンはp型の有機半導体であり、移動度もアモルファスシリコン(Si)と略同様の値を有する。   A source electrode 10 and a drain electrode 12 are formed on the gate insulating film 8 so as to be separated from each other. An organic semiconductor layer 14 connected to these electrodes 10 and 12 is formed to constitute the organic thin film transistor 2. Here, a bottom contact transistor in which both electrodes 10 and 12 are located closer to the insulating substrate 4 than the organic semiconductor layer 14 is shown. However, the organic semiconductor layer 14 is closer to the insulating substrate 4 than the both electrodes 10 and 12. A top contact type transistor located in the region is also known. The organic semiconductor layer 14 often uses pentacene, which is a low-molecular material, and this pentacene is a p-type organic semiconductor and has a mobility that is substantially the same as that of amorphous silicon (Si).

特開2004−63975号公報JP 2004-63975 A 「Flexible semitransparent pentacene thin−film transistors with polymer dielectric layers and NiOx electrodes」(Appl.Phys.Lett.87,023504(2005)“Flexible semitransparent penentene thin-film transducers with polymer dielectric layers and NiOx electrodes” (Appl. Phys. Lett. 87, 023504 (2005)).

ところで、上述したような有機薄膜トランジスタにおいては、ソース電極10やドレイン電極12としては金(Au)を使用する場合が多い。しかしながら、貴金属であるAuをソース電極10やドレイン電極12に使用することは、有機薄膜トランジスタの特徴である低コスト化に反するものである。   By the way, in the organic thin film transistor as described above, gold (Au) is often used as the source electrode 10 and the drain electrode 12. However, the use of Au, which is a noble metal, for the source electrode 10 and the drain electrode 12 is contrary to the cost reduction characteristic of the organic thin film transistor.

この場合、Au以外のソース電極10、ドレイン電極12の材料としてITO(インジウム錫酸化膜)やNiOx(X:正の有理数)等の導電材料を用いることが報告されているが、この場合にはAu電極並みの高い電界効果移動度はまだ得ることができない。また、これらの導電材料は金属に比べて電気抵抗がかなり高いため、回路の配線材料として利用することは困難である。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、ソース電極やドレイン電極としてAuの様な高価な材料を用いずに、低コスト材料を用いることにより、従来のAuソース電極を用いた場合と同等の電界効果移動度を発揮することができる有機薄膜トランジスタを提供することにある。
In this case, it is reported that a conductive material such as ITO (indium tin oxide film) or NiOx (X: positive rational number) is used as a material for the source electrode 10 and the drain electrode 12 other than Au. The field effect mobility as high as the Au electrode cannot be obtained yet. In addition, since these conductive materials have a considerably higher electric resistance than metals, it is difficult to use them as circuit wiring materials.
The present invention has been devised to pay attention to the above problems and to effectively solve them. The object of the present invention is to provide a field effect mobility equivalent to the case of using a conventional Au source electrode by using a low-cost material without using an expensive material such as Au as a source electrode or a drain electrode. An object of the present invention is to provide an organic thin film transistor that can be used.

請求項1に係る発明は、導電性を有する基板であるゲート電極と、前記基板の一面側に形成されたゲート絶縁膜と、該ゲート絶縁膜上に互いに離間して形成されたソース電極及びドレイン電極と、該ソース電極及びドレイン電極に接続する有機半導体層とを備え、前記ソース電極は、表面を含むその近傍領域がニッケル酸化物からなり、内部がニッケル金属からなることを特徴とする有機薄膜トランジスタである。
請求項2に係る発明は、絶縁性を有する基板と、該基板の一面側に形成されたゲート電極と、該ゲート電極を覆うゲート絶縁膜と、該ゲート絶縁膜上に互いに離間して形成されたソース電極及びドレイン電極と、該ソース電極及びドレイン電極に接続する有機半導体層とを備え、前記ソース電極は、その表面及び表面近傍部がニッケル酸化物からなり、その内部がニッケル金属からなることを特徴とする有機薄膜トランジスタである。
According to the first aspect of the present invention, there is provided a gate electrode which is a conductive substrate, a gate insulating film formed on one surface side of the substrate, and a source electrode and a drain formed on the gate insulating film so as to be separated from each other. An organic thin film transistor comprising: an electrode; and an organic semiconductor layer connected to the source electrode and the drain electrode, wherein the source electrode includes a region including a surface thereof made of nickel oxide and an inside made of nickel metal. It is.
According to a second aspect of the present invention, an insulating substrate, a gate electrode formed on one surface of the substrate, a gate insulating film covering the gate electrode, and a gate insulating film are formed apart from each other. A source electrode and a drain electrode, and an organic semiconductor layer connected to the source electrode and the drain electrode. The source electrode is made of nickel oxide on the surface and in the vicinity of the surface, and the inside is made of nickel metal. It is an organic thin-film transistor characterized by this.

本発明に係る有機薄膜トランジスタによれば、ソース電極やドレイン電極に高価な貴金属材料であるAuを用いずにNiを用い、その表面のみをNiOx膜にすることで、電界効果移動度をAu電極並みに高く維持し、しかも電気抵抗値をNi並に低く維持することができる。また、この構造は電気回路の配線にも利用が可能となり、従来使用していたAuによる電極以上の低コスト化が可能となる。   According to the organic thin film transistor of the present invention, the source electrode and the drain electrode are made of Ni instead of Au, which is an expensive noble metal material, and only the surface thereof is made of a NiOx film. In addition, the electrical resistance value can be kept as low as Ni. Further, this structure can be used for wiring of an electric circuit, and the cost can be reduced more than that of a conventionally used Au electrode.

以下に、本発明に係る有機薄膜トランジスタの一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
まず本発明の第1実施例について説明する。
図1は本発明に係る有機薄膜トランジスタの第1実施例の製造工程を示す図であり、図1(E)は完成品である第1実施例の有機薄膜トランジスタを示す断面図である。
Hereinafter, an example of an organic thin film transistor according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
First, a first embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a view showing a manufacturing process of a first embodiment of the organic thin film transistor according to the present invention, and FIG. 1E is a cross-sectional view showing the organic thin film transistor of the first embodiment which is a finished product.

まず、図1(E)を参照して第1実施例の有機薄膜トランジスタについて説明する。図1(E)に示すように、この有機薄膜トランジスタ20は、薄い基板22を有しており、この上面にゲート電極24が形成されている。このゲート電極24は、例えば低抵抗の不純物ドープ型のシリコン膜よりなる。この場合、上記基板22は、例えば絶縁性基板が用いられる。そして、上記ゲート電極24を埋め込むようにして、上記基板22上にゲート絶縁膜26が形成されている。このゲート絶縁膜26は、例えばシリコン酸化膜よりなる。   First, the organic thin film transistor of the first embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1E, the organic thin film transistor 20 has a thin substrate 22 on which a gate electrode 24 is formed. The gate electrode 24 is made of, for example, a low resistance impurity-doped silicon film. In this case, for example, an insulating substrate is used as the substrate 22. A gate insulating film 26 is formed on the substrate 22 so as to bury the gate electrode 24. The gate insulating film 26 is made of, for example, a silicon oxide film.

このゲート絶縁膜26上に、所定のチャンネル長になるように離間させてソース電極28とドレイン電極30とがそれぞれ形成されている。ここで上記ソース電極28とドレイン電極30の内の少なくともソース電極28は、ニッケル(Ni)金属で形成されていると共に、その表面はニッケル酸化物であるニッケル酸化膜(NiOx:xは正の有理数)28Aで形成されている。ここでは、ソース電極28のみならず、ドレイン電極30もニッケル金属で形成されていると共に、その表面はニッケル酸化膜30Aで形成されている。   A source electrode 28 and a drain electrode 30 are formed on the gate insulating film 26 so as to be spaced apart to have a predetermined channel length. Here, at least the source electrode 28 of the source electrode 28 and the drain electrode 30 is made of nickel (Ni) metal, and the surface thereof is a nickel oxide film (NiOx: x is a positive rational number) made of nickel oxide. ) 28A. Here, not only the source electrode 28 but also the drain electrode 30 is made of nickel metal, and its surface is made of a nickel oxide film 30A.

そして、上記ソース電極28とドレイン電極30との間の間隙であるチャネル部分上に上記両電極28、30と接続する有機半導体層32が形成されており、これにより、第1実施例の有機薄膜トランジスタ20が完成されている。   An organic semiconductor layer 32 connected to the electrodes 28 and 30 is formed on the channel portion, which is a gap between the source electrode 28 and the drain electrode 30, whereby the organic thin film transistor of the first embodiment is formed. 20 has been completed.

次に、上記第1実施例の有機薄膜トランジスタ20の製造方法について説明する。
まず、図1(A)に示すように、絶縁性を有するガラス板よりなる基板22上に、ゲート電極24としてし不純物がドープされて低抵抗になされたシリコン膜を形成した。
次に、上記ゲート電極24を埋め込むようにして、上記基板22上にゲート絶縁膜26としてシリコン酸化膜を形成した。このゲート絶縁膜26の厚さは例えば400nm程度である。
Next, a method for manufacturing the organic thin film transistor 20 of the first embodiment will be described.
First, as shown in FIG. 1A, a silicon film doped with an impurity as a gate electrode 24 and having a low resistance was formed on a substrate 22 made of an insulating glass plate.
Next, a silicon oxide film was formed as a gate insulating film 26 on the substrate 22 so as to embed the gate electrode 24. The thickness of the gate insulating film 26 is, for example, about 400 nm.

次にチャネル長が200μm、チャネル幅が3mmであるソース・ドレイン電極パターンを作製するために、ネガレジスト(ZPN1150)をスピンコート法を用いて塗布し、90℃で90秒間ポストベークした後、アライナーによりソース・ドレイン電極パターン形成用Crマスクをセットして露光した。そして、85℃で60秒、Post.Exposure Bake(PEB)を行い現像液を用いて現像し、ソース・ドレイン電極形成用レジストパターンを作製した。このレジストパターン上にNiを厚さが60nmとなるように真空蒸着法により成膜し、リフトオフ法により上記レジストパターンを除去することによって、図1(C)で示すようにソース電極28及びドレイン電極30をそれぞれ形成した。   Next, in order to fabricate a source / drain electrode pattern having a channel length of 200 μm and a channel width of 3 mm, a negative resist (ZPN1150) is applied using a spin coating method, post-baked at 90 ° C. for 90 seconds, and then aligned. Then, a Cr mask for forming source / drain electrode patterns was set and exposed. And at 85 ° C. for 60 seconds, Post. Exposure Bake (PEB) was performed and developed using a developer to prepare a resist pattern for forming source / drain electrodes. Ni is deposited on the resist pattern by a vacuum deposition method so that the thickness is 60 nm, and the resist pattern is removed by a lift-off method, whereby a source electrode 28 and a drain electrode are formed as shown in FIG. 30 were formed respectively.

その後、この基板全体をアッシング装置により400Wで酸素プラズマ処理を8分間行い、上記Niよりなるソース電極28及びドレイン電極30の各最表面を含む最表面近傍を酸化させて図1(D)に示すように、NiOx膜28A、30Aをそれぞれ形成した。この基板上に有機半導体層28としてペンタセンを成膜することにより、図1(E)に示すような有機薄膜トランジスタ20を完成した。上記ペンタセンの蒸発速度は0.05nm/sとし、厚さを50nmとした。この時、作製した電界効果型の有機薄膜トランジスタ20の電界効果移動度は0.36cm /Vsが得られた。この有機薄膜トランジスタ20の電界効果移動度はAu電極を用いて作製したものと同等の値であることを確認した。 Thereafter, the entire substrate is subjected to oxygen plasma treatment at 400 W for 8 minutes with an ashing apparatus to oxidize the vicinity of the outermost surface including the outermost surfaces of the source electrode 28 and the drain electrode 30 made of Ni, and the result shown in FIG. Thus, NiOx films 28A and 30A were formed. By depositing pentacene as the organic semiconductor layer 28 on this substrate, an organic thin film transistor 20 as shown in FIG. 1E was completed. The pentacene evaporation rate was 0.05 nm / s and the thickness was 50 nm. At this time, the field effect mobility of the produced field effect type organic thin film transistor 20 was 0.36 cm 2 / Vs. It was confirmed that the field effect mobility of the organic thin film transistor 20 was the same value as that produced using an Au electrode.

尚、図1に示す場合には、基板22を例えば絶縁性を有するガラス基板で形成した場合を例にとって説明したが、これに代えて、図2に示す変形例のように、例えば半導体基板に不純物をドープしてなる導電性の半導体基板23を用いてもよい。これによれば、この導電性の半導体基板23の全体をゲート電極24として用いることができ、図1(E)に示す位置にゲート電極24を設ける必要をなくすことができる。   In the case shown in FIG. 1, the case where the substrate 22 is formed of, for example, an insulating glass substrate has been described as an example, but instead of this, for example, a semiconductor substrate is formed as in a modification shown in FIG. A conductive semiconductor substrate 23 doped with impurities may be used. According to this, the entire conductive semiconductor substrate 23 can be used as the gate electrode 24, and it is not necessary to provide the gate electrode 24 at the position shown in FIG.

次に、本発明の第2実施例について説明する。
図3は本発明に係る有機薄膜トランジスタの第2実施例の製造工程を示す図であり、図3(F)は完成品である第2実施例の有機薄膜トランジスタを示す断面図である。尚、図1に示す構成部分と同一構成部分については、同一参照符号を付して説明する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 3 is a view showing a manufacturing process of the second embodiment of the organic thin film transistor according to the present invention, and FIG. 3F is a cross-sectional view showing the organic thin film transistor of the second embodiment which is a finished product. The same components as those shown in FIG. 1 will be described with the same reference numerals.

まず、図3(F)を参照して第2実施例の有機薄膜トランジスタについて説明する。図3(F)に示すように、この有機薄膜トランジスタ40は、薄い基板22を有しており、この上面にゲート電極に対する付着力強化用の下地膜42を形成している。この下地膜42として、例えばシリコン酸化膜を用いることができる。そして、この下地膜42上にゲート電極24が形成されている。このゲート電極24としては、例えばタンタル(Ta)金属を用いている。そして、このゲート電極24の周囲を覆って囲むようにしてゲート絶縁膜26が形成されている。このゲート絶縁膜26としては、例えばタンタル酸化膜(Ta )を用いることができる。 First, the organic thin film transistor of the second embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3F, the organic thin film transistor 40 has a thin substrate 22 and a base film 42 for enhancing adhesion to the gate electrode is formed on the upper surface. For example, a silicon oxide film can be used as the base film 42. A gate electrode 24 is formed on the base film 42. As the gate electrode 24, for example, tantalum (Ta) metal is used. A gate insulating film 26 is formed so as to cover and surround the gate electrode 24. As the gate insulating film 26, for example, a tantalum oxide film (Ta 2 O 5 ) can be used.

このゲート絶縁膜26上の両側に、所定のチャンネル長になるように離間させてソース電極28とドレイン電極30とがそれぞれ形成されている。ここで上記ソース電極28とドレイン電極30の内の少なくともソース電極28は、ニッケル(Ni)金属で形成されていると共に、その表面はニッケル酸化膜(NiOx:xは正の有理数)28Aで形成されている。ここでは、ソース電極28のみならず、ドレイン電極30もニッケル金属で形成されていると共に、その表面はニッケル酸化膜30Aで形成されている。     A source electrode 28 and a drain electrode 30 are formed on both sides of the gate insulating film 26 so as to be spaced apart to have a predetermined channel length. Here, at least the source electrode 28 of the source electrode 28 and the drain electrode 30 is made of nickel (Ni) metal, and the surface thereof is made of a nickel oxide film (NiOx: x is a positive rational number) 28A. ing. Here, not only the source electrode 28 but also the drain electrode 30 is made of nickel metal, and its surface is made of a nickel oxide film 30A.

そして、少なくとも上記ソース電極28とドレイン電極30との間の間隙であるチャネル部分上に上記両電極28、30と接続する有機半導体層32が形成されており、これにより、第2実施例の有機薄膜トランジスタ40が完成されている。   An organic semiconductor layer 32 connected to both the electrodes 28 and 30 is formed on at least a channel portion that is a gap between the source electrode 28 and the drain electrode 30. The thin film transistor 40 is completed.

次に、上記第2実施例の有機薄膜トランジスタ40の製造方法について説明する。
まず、図3(A)に示すように、ガラス基板20よりなる基板22上に、RFスパッタ法によりSiO 膜をゲート膜の付着力強化用の下地膜42として150nmの厚さで形成する。次に、この下地膜42上にRFスパッタ法によりスパッタ圧4PaでTa膜を250nmの厚さで形成する。そして、ポジレジスト(OFPR800)をスピンコート法で塗布して110℃で90秒プリベークし、アライナーで所望のゲート形状を有するCrマスクを用いてコンタクト露光し、続いて現像してゲート形状のレジストパターンを形成する。次にRIE(Reactive Ion Etching)法によりレジストの部分のTa膜のみを残し、図3(B)に示すようにTa膜よりなるゲート電極24を形成する。
Next, a method for manufacturing the organic thin film transistor 40 of the second embodiment will be described.
First, as shown in FIG. 3A, a SiO 2 film having a thickness of 150 nm is formed on a substrate 22 made of a glass substrate 20 by RF sputtering as a base film 42 for enhancing the adhesion of a gate film. Next, a Ta film having a thickness of 250 nm is formed on the base film 42 by RF sputtering at a sputtering pressure of 4 Pa. Then, a positive resist (OFPR800) is applied by spin coating, pre-baked at 110 ° C. for 90 seconds, contact exposed using a Cr mask having a desired gate shape with an aligner, and subsequently developed to develop a gate-shaped resist pattern. Form. Next, only the Ta film of the resist is left by RIE (Reactive Ion Etching), and a gate electrode 24 made of a Ta film is formed as shown in FIG.

次に、Ta膜よりなるゲート電極24上のレジストを除去し、図3(C)に示すようにこのTa膜表面を陽極酸化法により酸化して表層から約150nmの厚さでTa膜を形成してゲート絶縁膜26とする。以下は第1実施例と同様 に行って、図3(C)〜図3(F)に示すように、表面がNiOx膜28A、30Aでそれぞれ覆われたNi金属よりなるソース電極28及びドレイン電極30を形成し、これら両電極28、30と接続する有機半導体層32を形成し、有機薄膜トランジスタ40を完成した。この時、作製した電界効果型の有機薄膜トランジスタ40では、電界効果移動度は0.40cm/Vsを得ることができ、 この電界効果移動度を、第1実施例の場合よりも更に高くすることができた。 Next, removing the resist on the gate electrode 24 made of Ta film, Ta 2 O 5 with a thickness of about 150nm from the surface is oxidized by anodic oxidation of the Ta film surface, as shown in FIG. 3 (C) A film is formed to form the gate insulating film 26. The following is performed in the same manner as in the first embodiment. As shown in FIGS. 3C to 3F, the source electrode 28 and the drain electrode made of Ni metal whose surfaces are covered with NiOx films 28A and 30A, respectively. 30 was formed, and the organic semiconductor layer 32 connected to both the electrodes 28 and 30 was formed, whereby the organic thin film transistor 40 was completed. At this time, in the field effect type organic thin film transistor 40 produced, a field effect mobility of 0.40 cm 2 / Vs can be obtained, and this field effect mobility should be higher than in the case of the first embodiment. I was able to.

上述した第1及び第2実施例において、電界効果移動度が増加した理由は、Niよりなるソース電極28及びドレイン電極30を酸素プラズマ処理によりNi膜の表面及びその近傍をNiOx膜28A、30Aとすることで仕事関数が増加し、ペンタセンよりなる有機半導体層32へのホールの注入効率が増加したために電界効果移動度が増加したものと推定される。光電子分光装置(理研計器:AC−1)により、ソース電極28及びドレイン電極30の仕事関数をそれぞれ測定した結果、蒸着直後のNi膜の仕事関数は4.62eVであったが、酸素プラズマ処理をすることにより5.9eVに高まっていることを確認することができた。   In the first and second embodiments described above, the reason why the field effect mobility is increased is that the source electrode 28 and the drain electrode 30 made of Ni are subjected to oxygen plasma treatment so that the surface of the Ni film and the vicinity thereof are NiOx films 28A and 30A. By doing so, it is presumed that the field effect mobility increased because the work function increased and the hole injection efficiency into the organic semiconductor layer 32 made of pentacene increased. As a result of measuring the work functions of the source electrode 28 and the drain electrode 30 with a photoelectron spectrometer (RIKEN KEIKI: AC-1), the work function of the Ni film immediately after deposition was 4.62 eV. As a result, it was confirmed that the voltage was increased to 5.9 eV.

上記第1及び第2実施例の酸素プラズマ処理で形成されたNiOx膜の膜厚はそれぞれ5nm程度である。この膜厚は1nm程度に薄くすることも可能であるが、それ以下に薄くするとホールの注入効率が低下するため、NiOx膜28A、30Aの厚さは1nm以上が望ましい。また、ソース電極28は表面のみNiOx膜28Aになっているが、そのためほとんどがNi金属で形成されており、導電性が高い状態を保っている。従って、ソース電極28、ドレイン電極30の部分だけではなく、回路の配線部にもこのNi配線を共用することが可能である。導電性を維持するためには、NiOx膜を初期に形成したNi膜の全厚の半分までにとどめておく必要がある。更に、Ni膜表面を酸化させる方法の効率を考えると、NiOx膜28A、30Aの厚さは、それぞれ50nm以下にしておく必要がある。   The thickness of the NiOx film formed by the oxygen plasma treatment of the first and second embodiments is about 5 nm. The film thickness can be reduced to about 1 nm, but if it is reduced below that, the hole injection efficiency decreases, so the thickness of the NiOx films 28A and 30A is preferably 1 nm or more. Further, although the source electrode 28 is made of the NiOx film 28A only on the surface, most of the source electrode 28 is made of Ni metal and maintains a high conductivity state. Therefore, it is possible to share this Ni wiring not only for the source electrode 28 and the drain electrode 30 but also for the wiring portion of the circuit. In order to maintain conductivity, it is necessary to keep the NiOx film up to half of the total thickness of the Ni film formed initially. Further, considering the efficiency of the method of oxidizing the Ni film surface, the thicknesses of the NiOx films 28A and 30A must be 50 nm or less, respectively.

上記Ni膜の形成は、上記第1及び第2実施例で説明した方法の他にスパッタ法、メッキ法などで形成しても良い。その膜厚は5nm〜500nm程度の範囲で電気抵抗をあまり高くないように設定すれば良い。また、Ni膜表面を酸化させてNiOx膜とする方法は上記各実施例以外に大気圧酸素プラズマ処理やUVオゾン法等のドライ法、陽極酸化法などのウエット法を用いても良い。但し、得られる膜の表面粗さRaは10nm以下にする必要がある。表面粗さが大きすぎる場合はペンタセンとの接触抵抗が増加してしまい、高い電界効果移動度が得られない。   The Ni film may be formed by a sputtering method, a plating method or the like in addition to the methods described in the first and second embodiments. The film thickness may be set in the range of about 5 nm to 500 nm so that the electric resistance is not so high. Further, as a method for oxidizing the Ni film surface to form a NiOx film, a wet method such as an atmospheric pressure oxygen plasma treatment, a dry method such as a UV ozone method, or an anodic oxidation method may be used. However, the surface roughness Ra of the obtained film needs to be 10 nm or less. When the surface roughness is too large, the contact resistance with pentacene increases, and high field effect mobility cannot be obtained.

また、上記第1及び第2実施例ではドレイン電極30もソース電極28と同じNiOx/Ni構成としたが、ドレイン電極30の材料は導電性の材料であれば良く、今回の材料に限定されるものではない。
また、上記第1及び第2実施例において、基板22は実施例で説明したものに限定されるものではなく、無機基板、有機基板共に使用することができる。具体的にはガラス基板、Si基板等の表面平滑性に優れている無機材料の基板であれば使用可能である。またポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリスチレン(PS)、ポリエーテルサルフォン(PES)等の有機材料から作られるプラスチック基板を用いることもできる。
In the first and second embodiments, the drain electrode 30 has the same NiOx / Ni configuration as the source electrode 28. However, the material of the drain electrode 30 may be a conductive material and is limited to the current material. It is not a thing.
Moreover, in the said 1st and 2nd Example, the board | substrate 22 is not limited to what was demonstrated in the Example, Both an inorganic substrate and an organic substrate can be used. Specifically, any substrate of an inorganic material having excellent surface smoothness such as a glass substrate or Si substrate can be used. A plastic substrate made of an organic material such as polyethylene terephthalate (PET), polystyrene (PS), or polyethersulfone (PES) can also be used.

またゲート電極24は低抵抗Si膜やTa膜を用いたが、導電性を持つものであれば実施例に限定されることはない。更にゲート絶縁膜26には絶縁性が高く、比誘電率の高いものが望まれる。そのため無機材料に限定されるものではなく、有機絶縁膜でも可能である。具体的には蒸着法、スパッタ法、CVD法などにより酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコン、等の薄膜を用いることができる。また、スピンコート法、LB単分子累積法等によりポリエチレン、ポリビニールカルバゾール、ポリイミド、ポリパラキシレンなどの薄膜も用いることができる。これらゲート絶縁膜の膜厚は10nm〜1000nm程度が多く用いられる。   The gate electrode 24 is a low-resistance Si film or Ta film, but is not limited to the embodiment as long as it has conductivity. Further, the gate insulating film 26 is desired to have a high insulating property and a high relative dielectric constant. Therefore, it is not limited to an inorganic material, and an organic insulating film is also possible. Specifically, a thin film of silicon oxide, silicon nitride, aluminum oxide, titanium oxide, zircon oxide, or the like can be used by an evaporation method, a sputtering method, a CVD method, or the like. In addition, thin films such as polyethylene, polyvinyl carbazole, polyimide, polyparaxylene, and the like can be used by spin coating, LB monomolecular accumulation, or the like. The film thickness of these gate insulating films is often about 10 nm to 1000 nm.

また有機半導体層32は蒸着法やスピンコート法、インクジェット法などによりペンタセン、テトラセン、ペリレン等の縮合芳香族炭化水素、及びこれらの縮合芳香族炭化水素の誘導体と高分子系材料、例えばやポリアセチレン、ポリアセンなどの共役炭化水素ポリマー、ポリアニリン、ポリピロル、ポリチオフェン等の共役複素環式ポリマーなどを用いることができる。
本発明により、高価なAu電極を用いることなく、安価なNi電極を用い、その最表面のみを酸化させただけでAu電極並みの性能を有する電界効果型の有機薄膜トランジスタを得ることができ、更にはNi表面のみ酸化されているため回路の電極配線自体にも利用することができる。
Further, the organic semiconductor layer 32 is formed by a condensed aromatic hydrocarbon such as pentacene, tetracene, or perylene, a derivative of these condensed aromatic hydrocarbons, and a polymer material such as polyacetylene, by vapor deposition, spin coating, ink jet, or the like. Conjugated hydrocarbon polymers such as polyacene, conjugated heterocyclic polymers such as polyaniline, polypyrrole, and polythiophene can be used.
According to the present invention, it is possible to obtain a field effect organic thin film transistor having the same performance as an Au electrode by using an inexpensive Ni electrode and oxidizing only the outermost surface without using an expensive Au electrode. Since only the Ni surface is oxidized, it can also be used for the electrode wiring itself of the circuit.

本発明に係る有機薄膜トランジスタの第1実施例の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of 1st Example of the organic thin-film transistor which concerns on this invention. 本発明に係る有機薄膜トランジスタの変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the modification of the organic thin-film transistor which concerns on this invention. 本発明に係る有機薄膜トランジスタの第2実施例の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of 2nd Example of the organic thin-film transistor which concerns on this invention. ボトムコンタクト型の従来の電界効果型の有機薄膜トランジスタを示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the conventional field effect type organic thin-film transistor of a bottom contact type.

符号の説明Explanation of symbols

20…有機薄膜トランジスタ、22…基板(絶縁性)、23…基板(導電性)、24…ゲート電極、26…ゲート絶縁膜、28…ソース電極、28A…NiOx膜、30…ドレイン電極、30A…NiOx膜、32…有機半導体層、40…有機薄膜トランジスタ。

DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 ... Organic thin-film transistor, 22 ... Substrate (insulating), 23 ... Substrate (conductive), 24 ... Gate electrode, 26 ... Gate insulating film, 28 ... Source electrode, 28A ... NiOx film, 30 ... Drain electrode, 30A ... NiOx Film 32 organic semiconductor layer 40 organic thin film transistor

Claims (2)

導電性を有する基板であるゲート電極と、
前記基板の一面側に形成されたゲート絶縁膜と、
該ゲート絶縁膜上に互いに離間して形成されたソース電極及びドレイン電極と、
該ソース電極及びドレイン電極に接続する有機半導体層とを備え、
前記ソース電極は、表面を含むその近傍領域がニッケル酸化物からなり、内部がニッケル金属からなることを特徴とする有機薄膜トランジスタ。
A gate electrode which is a conductive substrate;
A gate insulating film formed on one side of the substrate;
A source electrode and a drain electrode formed on the gate insulating film so as to be spaced apart from each other;
An organic semiconductor layer connected to the source electrode and the drain electrode,
The organic thin film transistor characterized in that the source electrode has a region including the surface thereof made of nickel oxide and the inside made of nickel metal.
絶縁性を有する基板と、
該基板の一面側に形成されたゲート電極と、
該ゲート電極を覆うゲート絶縁膜と、
該ゲート絶縁膜上に互いに離間して形成されたソース電極及びドレイン電極と、
該ソース電極及びドレイン電極に接続する有機半導体層とを備え、
前記ソース電極は、その表面及び表面近傍部がニッケル酸化物からなり、その内部がニッケル金属からなることを特徴とする有機薄膜トランジスタ。
An insulating substrate;
A gate electrode formed on one side of the substrate;
A gate insulating film covering the gate electrode;
A source electrode and a drain electrode formed on the gate insulating film so as to be spaced apart from each other;
An organic semiconductor layer connected to the source electrode and the drain electrode,
The organic thin film transistor, wherein the source electrode has a surface and a portion near the surface made of nickel oxide, and an inside made of nickel metal.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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